Китайские химики предложили экономически эффективный способ переработки отходов полиэтилена и полипропилена в углеводородное топливо, по составу близкое к авиационному керосину. Ранее подобные методы сдерживались необходимостью использования дорогих катализаторов на основе драгоценных металлов — золота, платины или рутения. Новая разработка предлагает заменить их доступными никелем и кобальтом, что делает промышленную утилизацию пластика гораздо более привлекательной.
Технология создана совместными усилиями ученых из Шанхайского института перспективных исследований (Shanghai Advanced Research Institute) при Китайской академии наук и Фуданьского университета (Fudan University). Результаты их работы опубликованы в научном издании Applied Catalysis B: Environment and Energy. В качестве основного сырья были выбраны полиолефины, на долю которых приходится более 60% общемировых запасов пластикового мусора. Эти материалы состоят преимущественно из углерода и водорода, что позволяет при контролируемом расщеплении молекулярных цепочек получать алканы фракции C8–C16, составляющие основу авиационного топлива.
Биметаллический катализатор и параметры процесса
Исследователи разработали катализатор состава 10Ni–2Co/SiO2, где никель и кобальт нанесены на подложку из диоксида кремния. В процессе гидрогенолиза (расщепления углерод-углеродных связей под воздействием водорода) при температуре 280 °C и давлении 3 МПа удалось добиться впечатляющих результатов. Выход жидких углеводородов достиг 82,3%, при этом 79% полученной фракции пришлось на целевой диапазон C8–C16. Итоговая эффективность переработки исходного пластика в керосиновую фракцию составила 65,1%, что превосходит показатели большинства существующих систем пиролиза.
Роль кобальта в химии процесса
Важнейшим открытием стало влияние добавок кобальта на электронное состояние никеля. Это синергетическое взаимодействие позволило активировать водород и эффективно разрывать внутренние связи C–C внутри полимерной цепи. В предыдущих экспериментах реакция часто протекала преимущественно по концевым группам, что приводило к образованию метана и других слишком легких газообразных углеводородов, снижая полезный выход продукта. Новый катализатор успешно предотвращает избыточное дробление, направляя процесс строго на синтез жидкостей требуемой длины.
Лабораторные испытания показали, что катализатор эффективно работает не только с чистым полиэтиленом, но и с реальными бытовыми отходами полиолефинов. Расчеты показывают, что при использовании возобновляемых источников энергии углеродный след такого производства может быть на 80% ниже, чем при получении аналогичного топлива из ископаемых ресурсов. Несмотря на успехи, технология пока находится на экспериментальной стадии, и ученым предстоит доказать ее жизнеспособность в условиях крупнотоннажного промышленного производства.
